工作原理
铝电解电容主要因电解液逐渐减少而老化，速率大约每升高 10 °C 翻一倍。关键是芯部温度，即环境温度加上纹波电流引起的自发热。因此寿命估算先把纹波电流换算成芯部温升，再套用 10 度法则。
纹波通常包含多个频率，例如来自电网的 100 Hz 和 PFC 或变换器的开关频率。ESR 随频率升高而下降，同样的电流在高频下发热更少。数据手册用频率修正系数 F 表示这一点，Nippon Chemi-Con 的技术资料把各分量按 I/F 换算到基准频率，再以平方和开方相加。
芯部温升可由额定值求得，ΔT = (I/I_o)²·ΔT_o，其中 ΔT_o 是该系列在额定纹波下的温升；也可由 ESR 和外壳表面积计算，ΔT = I²R/(βA)。由于 ΔT_o 来自厂家，前一种方法通常更可靠；后一种方法需要一个随安装方式和气流变化的散热系数。
Chemi-Con 对引线型和贴片型给出两种寿命公式：仅以直流额定电压规定耐久性的系列为 L_o·2^((T_o − T_x)/10)·2^(−ΔT/5)，以叠加额定纹波规定耐久性的系列为 L_r·2^((T_o − T_x)/10)·2^((ΔT_o − ΔT)/5)。环境温度低于 40 °C 时按 40 °C 计算，超过 15 年的结果按 15 年处理。薄膜电容更简单：热点温度等于环境温度加 R_th·I²·ESR，在规定温度以上降低电压。
设计步骤
- 1把电容电流分解为各频率分量：与电网相关的纹波和开关纹波。有效值可由仿真或本站的变换器计算器得到。
- 2输入该系列数据手册的频率修正系数以及分担电流的电容数量。
- 3输入额定纹波、ΔT_o、额定寿命和上限类别温度。确认该系列是以叠加额定纹波还是仅以直流电压规定耐久性。
- 4环境温度取电容旁边的温度，而不是室温或机壳平均温度。
- 5将 ΔT 与限值比较，查看芯部温度和寿命。寿命不足时，增加电容、选择更高温度等级的系列或降低环境温度。
- 6用厂家的计算工具对具体型号进行确认，并在成品中测量外壳温度。
公式
- 基准频率等效纹波
- I_fo = √Σ (I_fn / F_fn)² （单个电容，I_fn = I_bank,fn / N）
- 芯部温升
- ΔT = (I_fo / I_o)²·ΔT_o or ΔT = I_fo²·R / (β·A), A = π·D·(D + 4L)/4, R = tan δ / (2π·f·C)
- 散热系数（Rubycon 近似）
- β ≈ 2.3·10⁻³·S^(−0.2) W/(°C·cm²), S 单位 cm²
- 寿命，额定电压耐久
- L_x = L_o·2^((T_o − T_x)/10)·2^(−ΔT/5)
- 寿命，叠加额定纹波耐久
- L_x = L_r·2^((T_o − T_x)/10)·2^((ΔT_o − ΔT)/5), T_x < 40 °C 时按 40 °C 计算
- 薄膜电容热点与电压
- T_hs = T_amb + R_th·I_rms²·ESR, V_allowed 在 (T₁, V₁) 与 (T₂, V₂) 之间线性变化
计算示例
默认值取自 CCM 升压 PFC 计算器默认设计的输出电容电流：90 V、1 kW、400 V 时为 5.54 A rms。其中 100 Hz 分量为 I_o/√2 = 1.77 A（升压二极管输出的功率以两倍电网频率脉动），其余 5.25 A 为 65 kHz 开关频率分量。电容组由四只 105 °C 引线型电容组成，额定值为假设的示例：120 Hz 额定纹波 0.9 A，ΔT_o = 5 °C，叠加额定纹波 10,000 h，65 kHz 修正系数 1.4。每只电容流过 100 Hz 0.443 A 和 65 kHz 1.31 A，换算到基准频率为 1.037 A，即额定值的 115 %。芯部温升 6.6 °C，在 65 °C 环境下 15 °C 的限值以内，寿命约 127,600 h，即 14.6 年。在 55 °C 时公式给出约 255,000 h，按 15 年封顶。若只用两只电容，ΔT 将达 26.5 °C，远超限值。薄膜模式默认值重现了 KEMET 的示例：46 A 流过 2.4 mΩ，R_th = 5.8 K/W，环境 40 °C 时热点为 69.5 °C。上文未列出的默认值为相对 120 Hz 基准的 100 Hz 倍率 1.0，以及额定电压寿命方式的 L_o = 10,000 h；两种寿命方式的数值分别保存。
常见错误
- 直接相加不同频率的有效值电流。发热取决于各频率的 ESR，必须先用修正系数换算。
- 把室温当作 T_x。靠近散热器和磁性元件的电容比机壳平均温度高得多。
- 认为并联电容平均分担电流。由于布局和 ESR 偏差，离得最近的电容承担更多高频电流。
- 直接采用超过 15 年的计算结果。封口等其他劣化机理与温度计算无关地限制寿命。
- 把引线型公式用于牛角型或螺栓型。它们的寿命公式使用不同的、系列专用的系数。
常见问题
为什么要把纹波换算到一个频率，而不是直接相加？
发热与 I²·ESR 成正比，而各频率的 ESR 不同。把各分量除以修正系数，就换算成在基准频率下产生相同发热的电流，再用平方和开方即可正确累加发热。直接相加有效值会根据频率高估或低估发热。
ΔT 应该用哪种方法？
只要知道该系列的 ΔT_o，就用额定纹波法，因为它是厂家实测值。ESR 法适用于 ΔT_o 未公开的情况，但散热系数取决于安装、气流和周边元件，而 Rubycon 近似对应外壳表面，芯部温度比显示值更高。
计算出 30 年寿命，真的能用 30 年吗？
不能。阿伦尼乌斯型规则只描述电解液的损失。封口材料会独立老化，因此 Chemi-Con 等厂家把约 15 年视为实际上限。计算器显示公式结果，但主要数值以 15 年封顶。
电解电容有电压降额项吗？
Chemi-Con 针对引线型和贴片型的公式中没有，寿命由温度和纹波决定。牛角型和螺栓型的公式包含电压系数及其他系列专用系数，这些需向厂家索取，因此这里没有纳入。薄膜电容则不同，其额定电压随温度升高而下降，由薄膜模式处理。
公式是如何验证的？
用脚本验证：薄膜热点公式重现了 KEMET 的示例（69.45 °C 对 69.5 °C），线性电压降额重现了 Vishay 的示例（91.2 °C 时 637.6 V 对 638 V）。电解电容方面，叠加额定纹波的公式在 T_o 且 ΔT = ΔT_o 时恰好返回 L_r；当 ESR 按 ΔT_o 取值时，ESR 法与额定纹波法给出相同的 ΔT。
计算结果为工程估算值，请结合数据手册、仿真和实测验证设计。